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植物也用上了柔性穿戴技术？电子皮肤打开种植新世界
2021年03月23日 08:35:49
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：8523
如何在长时间监测茎流的同时不对植物的生理状态造成影响，是茎流监测设备主要的研究方向。浙江大学的研究团队利用芯片级的微纳加工工艺解决了这一难题。这一技术有着非常广阔的应用前景，基于对茎流的长期监测，人们可以更加了解植物体内水分与养分的运输过程，从而推动栽培技术以及育种技术的发展。
【化工仪器网 项目成果】随着现代人越来越重视健康管理，运动手表等可穿戴装备已经成为日常生活的常用的物品。而对健康监测装备便携性的追求，也让可穿戴设备的研发向着更轻薄对日常生活影响更小的方向发展，其中的代表就是包括电子皮肤、电子纹身等在内的柔性穿戴电子技术。柔性穿戴电子技术不仅能够实时监测用户的生理参数，还能够满足健康与医疗监测所需的高精度传感需求。
实时监测的需求不止健康监测才有，在生命科学领域还有很多研究需要进行持续监测，那么柔性穿戴电子技术能不能应用于其他研究呢？近日浙江大学生物系统工程与食品科学学院的一项研究成果将柔性穿戴电子技术应用于草本植物茎流的非入侵式持续监测，相关研究刊登于《先进科学》。
植物的茎流与动物的血液相似，都是水分、养分以及信号分子运输的载体。不过植物没有心脏，茎流上升的动力是由植物蒸腾作用以及渗透势等内外部压力共同形成的。长期实时监测茎流对于研究植物生长过程中的信号传递、水养分分配等问题有着重要的意义。
目前常用的茎流监测设备是探针式的茎流计，使用时需要将探针插入植物茎干内，会对植物造成侵入伤害，无法在自然生长条件下对茎流进行长期监测。而且相对草本植物的茎来说，茎流计的体积过大，在草本植物的茎流监测中使用不便。虽然市场上也有部分利用非入侵原理监测茎流的设备，但是体积依然很大。如何在长时间监测茎流的同时不对植物的生理状态造成影响，是茎流监测设备主要的研究方向。
浙江大学的研究团队利用芯片级的微纳加工工艺解决了这一难题。采用微纳加工工艺涉及传感器极大减小了传感器的体积。团队研发的茎流传感器厚度仅0.01毫米，重0.24克，并且与常规茎流计需要将探针插入树干中检测不同，这款传感器只需要贴在茎秆表面就可以监测植物体内的茎流。
为了减少贴在植物表面的传感器对植物生理造成的负面影响，研究团队通过特殊设计使传感器不会阻挡水、氧气、二氧化碳以及光线的穿透，保证即使传感器长期附着在植物表面也不会影响植物的生长和生理状况。
利用这一传感器，研究团队首次发现西瓜果实的生长时间主要在夜间，而不是通常认为的与光合作用同期的白天，颠覆了人们对于果实生长的传统认识。研究团队认为，这一技术有着非常广阔的应用前景，基于对茎流的长期监测，人们可以更加了解植物体内水分与养分的运输过程，从而推动栽培技术以及育种技术的发展，帮助干旱地区的农业生产。
后记：目前柔性可穿戴技术虽然在健康与医疗监测方面有了很多研究成果，但始终没有广泛应用于市场的产品。在植物茎流监测中的应用是柔性可穿戴技术新的应用方向。茎流?监测相较于人体生理参数的监测更为简单，也许上述这款传感器将在健康监测设备之前成为广泛应用的柔性可穿戴设备。从这一传感器的研制过程中，健康医疗监测领域柔性可穿戴电子产品的研发也许也能收获更多的经验。
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